傳統(tǒng) PCB 設計的困境

在電子產(chǎn)品迭代迅速的當下，傳統(tǒng) PCB 設計流程的局限性愈發(fā)凸顯。布局布線作為 PCB 設計的關鍵環(huán)節(jié)，以往依賴人工手動操作，這一過程極為繁瑣且耗時。工程師需逐一確定每個電子元件的擺放位置，如同在復雜的拼圖中尋找每一塊的最佳歸宿，考慮元件之間的電氣連接、散熱需求、空間布局等多方面因素 。完成一個中等規(guī)模的 PCB 布局，往往需要花費數(shù)天時間，若遇到復雜的多層板設計，耗時更久。

布線工作同樣艱巨，工程師要按照設計要求，在有限的空間內(nèi)規(guī)劃線路走向，避免線路交叉、短路等問題，確保信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。手動布線不僅效率低下，而且容易受到人為因素的影響，出現(xiàn)疏漏或錯誤。一旦發(fā)現(xiàn)問題，修改起來也十分麻煩，需要耗費大量的時間和精力進行排查與修正。

這種傳統(tǒng)的設計方式嚴重影響了產(chǎn)品的上市速度。在市場競爭激烈的今天，時間就是競爭力，產(chǎn)品晚一天上市，就可能錯失市場先機，面臨被競爭對手搶占份額的風險。此外，長時間的設計周期也增加了研發(fā)成本，包括人力成本、時間成本以及可能因延遲上市而導致的市場機會成本等。

Allegro X AI 橫空出世

（一）Cadence 的創(chuàng)新之舉

為了打破傳統(tǒng) PCB 設計的困局，楷登電子（美國 Cadence 公司，NASDAQ：CDNS）在 2023 年 4 月 7 日宣布推出了 Cadence? Allegro? X AI technology。這是 Cadence 新一代系統(tǒng)設計技術，依托強大的 Allegro X Design Platform 平臺，為 PCB 設計帶來了前所未有的變革 ，在性能和自動化方面實現(xiàn)了革命性的提升。

（二）核心技術亮點

Allegro X AI 技術的核心在于利用云端的擴展性來實現(xiàn)物理設計自動化。它如同一位不知疲倦且智慧超群的工程師，能夠自動執(zhí)行器件擺放、金屬鍍覆以及關鍵網(wǎng)絡布線等關鍵任務 。在傳統(tǒng)設計中，工程師需要花費大量時間精力去確定器件位置，規(guī)劃布線，而 Allegro X AI 技術能夠在短時間內(nèi)完成這些工作，大大提高了設計效率。

同時，它還集成了快速信號完整性和電源完整性分析功能。在電子產(chǎn)品中，信號完整性和電源完整性對產(chǎn)品性能起著關鍵作用。信號完整性不佳可能導致信號失真、延遲甚至丟失，影響產(chǎn)品的正常通信；電源完整性問題則可能引發(fā)電壓波動、噪聲增加等，影響芯片及其他電子元件的穩(wěn)定運行。Allegro X AI 技術能夠?qū)崟r分析這些關鍵因素，確保設計在電氣方面準確無誤，滿足產(chǎn)品的高性能需求 ，為后續(xù)的制造環(huán)節(jié)提供堅實保障。

顯著優(yōu)勢剖析

（一）生產(chǎn)力飛躍

Allegro X AI 的自動化布局功能堪稱 PCB 設計領域的效率利器。傳統(tǒng)設計中，布局布線環(huán)節(jié)猶如一場耗時費力的馬拉松，工程師需要憑借經(jīng)驗和反復嘗試來確定元件位置和布線方案 。而 Allegro X AI 憑借其可擴展架構，充分利用云端強大的計算基礎設施，實現(xiàn)了布局布線的自動化。它能夠快速分析大量的設計數(shù)據(jù)和約束條件，在短時間內(nèi)生成高質(zhì)量的布局布線方案。以往需要數(shù)天才能完成的布局布線任務，如今借助 Allegro X AI 技術，僅需幾分鐘就能搞定，設計周轉(zhuǎn)時間大幅縮短，讓產(chǎn)品能夠更快地推向市場，搶占先機。

（二）質(zhì)量優(yōu)化

在設計的早期階段，利用生成式 AI 自動布局功能，Allegro X AI 能夠進行全面且深入的可行性分析。與傳統(tǒng)手動方法相比，它不再局限于有限的幾種布局思路，而是能夠探索更多的解決方案可能性。比如在設計一款智能手機的 PCB 時，傳統(tǒng)手動設計可能只能考慮到幾種常規(guī)的元件布局方式，而 Allegro X AI 可以在短時間內(nèi)生成數(shù)十種甚至上百種布局方案，并從中篩選出最優(yōu)解。通過對這些方案的評估和優(yōu)化，能夠進一步優(yōu)化各類指標，如在縮短線長的同時嚴格遵守設計約束條件。較短的線長不僅可以減少信號傳輸過程中的損耗和干擾，還能提高信號傳輸?shù)乃俣群头€(wěn)定性，從而提升整個產(chǎn)品的性能。

（三）高效設計收斂

Allegro X 平臺與系統(tǒng)分析技術緊密集成，為工程師優(yōu)化設計的電氣和熱性能提供了有力支持。在電子產(chǎn)品運行過程中，電氣性能和熱性能是影響產(chǎn)品穩(wěn)定性和可靠性的重要因素。如果電氣性能不佳，可能導致信號失真、噪聲增加等問題，影響產(chǎn)品的正常運行；而熱性能不好，會使電子元件溫度過高，縮短元件壽命，甚至引發(fā)故障。Allegro X AI 技術集成了快速信號完整性和電源完整性分析功能，能夠?qū)崟r監(jiān)測和分析設計中的電氣性能指標，及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在的電氣問題。同時，它還能對熱性能進行模擬和分析，通過優(yōu)化元件布局和散熱設計，確保產(chǎn)品在各種工作條件下都能保持良好的熱穩(wěn)定性，實現(xiàn)高效的設計收斂 。

實際應用成效

（一）Velux 案例

國際知名建筑產(chǎn)品制造商 Velux，在 PCB 設計領域一直積極探索創(chuàng)新技術的應用。當他們引入 Allegro X AI 技術后，其 PCB 設計部的工作發(fā)生了翻天覆地的變化。以往，完成一個中等復雜度的 PCB 布局，工程師們需要花費數(shù)天的時間，反復權衡各種因素，手動調(diào)整元件位置，過程繁瑣且容易出錯。而現(xiàn)在，借助 Allegro X AI 技術，布局用時從幾天大幅縮短至幾分鐘。不僅如此，AI 技術還充分考慮了信號完整性和電源完整性的影響，為設計提供了全新的布局方案 。這一轉(zhuǎn)變不僅極大地提高了設計效率，還讓設計團隊能夠更快速地響應市場需求，推出更具競爭力的產(chǎn)品。正如 Velux 的 PCB 設計部的 Allan N?rgaard CID 所說：“Allegro X AI 技術將布局用時從幾天縮短至幾分鐘，同時兼顧信號完整性和電源完整性的影響。搭載的 AI 技術還能提供新的布局方案。該技術極大地縮短了設計用時，將從根本上改變我們進行 PCB 設計的方式?！?/p>

（二）施耐德電氣案例

作為全球能源管理和自動化領域的領導者，施耐德電氣深知產(chǎn)品開發(fā)周期和質(zhì)量對于業(yè)務成功的關鍵意義。在采用 Cadence 的 Allegro X AI 技術后，他們成功顯著縮短了開發(fā)周期。硬件設計師們可以借助該技術，輕松對設計的密度和復雜性進行全面評估，及時調(diào)整電氣設計。在設計一款新型智能配電設備的 PCB 時，工程師利用 Allegro X AI 技術，快速生成多種布局方案，并通過實時分析信號完整性和電源完整性，選擇出最優(yōu)方案。這不僅確保了設計能夠快速高效地完成，還提高了產(chǎn)品的整體性能和穩(wěn)定性 ，增強了產(chǎn)品在市場上的競爭力。施耐德 PLM 流程與管理副總裁 Jean-Christophe Dejean 表示：“在施耐德電氣，周轉(zhuǎn)時間和最終產(chǎn)品的質(zhì)量對業(yè)務成功至關重要。借助 Cadence 的 Allegro X AI 技術，我們可以顯著縮短開發(fā)周期。硬件設計師可以對密度和復雜性進行評估，并調(diào)整電氣設計，確?？焖俑咝У赝瓿稍O計，并提高生產(chǎn)力?！?/p>

（三）Kioxia 案例

Kioxia 作為全球知名的存儲解決方案提供商，對設計師的工作效率有著極高的要求。他們的團隊與 Cadence 緊密合作，充分利用 Allegro X AI 技術，實現(xiàn)了 IC 封裝和 PCB 參考設計的自動布局布線。在傳統(tǒng)設計模式下，完成 IC 封裝和 PCB 參考設計的布局布線需要耗費大量的時間和人力，而現(xiàn)在，借助 Allegro X AI 技術，這一過程的時間大幅縮短。這使得 Kioxia 能夠更快地將新產(chǎn)品推向市場，滿足客戶對存儲產(chǎn)品不斷增長的需求 ，提升了企業(yè)在市場中的響應速度和競爭力。Kioxia Corporation 封裝和測試技術部技術主管 Chiaki Takubo 表示：“設計師的工作效率對于 Kioxia 的業(yè)務成功至關重要。我們的團隊正在與 Cadence 密切合作，利用 Allegro X AI 技術實現(xiàn) IC 封裝和 PCB 參考設計的自動布局布線，大幅度縮短了設計周轉(zhuǎn)時間。”

行業(yè)影響與展望

（一）對 PCB 設計行業(yè)的變革

Allegro X AI 技術的出現(xiàn)，無疑在 PCB 設計行業(yè)中掀起了一場變革風暴。它打破了傳統(tǒng)設計模式的桎梏，將布局布線等關鍵任務從繁瑣的手動操作轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝У淖詣踊鞒蹋瑯O大地提升了設計效率。這使得設計團隊能夠在更短的時間內(nèi)完成更多的設計項目，滿足市場對電子產(chǎn)品快速更新?lián)Q代的需求。同時，其優(yōu)化設計質(zhì)量的能力，也促使整個行業(yè)對產(chǎn)品性能有了更高的追求標準，推動了行業(yè)向更高質(zhì)量的方向發(fā)展。

從行業(yè)競爭格局來看，采用 Allegro X AI 技術的企業(yè)，在產(chǎn)品研發(fā)速度和質(zhì)量上都具備了明顯的優(yōu)勢，能夠在市場競爭中搶占先機。這也促使其他企業(yè)不得不加快技術升級的步伐，引入類似的先進技術，以保持競爭力。這種技術的普及和應用，將推動整個 PCB 設計行業(yè)的技術水平提升，促進產(chǎn)業(yè)的升級和優(yōu)化。

（二）對未來電子系統(tǒng)設計的展望

展望未來，隨著 Allegro X AI 等人工智能技術在電子系統(tǒng)設計領域的不斷深入應用，電子系統(tǒng)設計將迎來更多的創(chuàng)新和突破。在設計理念上，工程師將從繁瑣的基礎設計工作中解放出來，有更多的時間和精力投入到系統(tǒng)架構創(chuàng)新、功能優(yōu)化等更高層次的設計思考中 。例如，在設計一款智能穿戴設備時，工程師可以借助 Allegro X AI 快速完成 PCB 的布局布線，然后將更多精力放在如何優(yōu)化設備的用戶體驗、增加新功能等方面，推動電子系統(tǒng)設計向更具創(chuàng)新性和智能化的方向發(fā)展。

在多領域協(xié)同設計方面，AI 技術也將發(fā)揮重要作用。未來的電子系統(tǒng)設計將不再局限于單一的 PCB 設計，而是涉及芯片、電路板、系統(tǒng)等多個領域的協(xié)同。Allegro X AI 技術能夠與其他設計工具和技術進行深度集成，實現(xiàn)多領域設計數(shù)據(jù)的共享和協(xié)同分析，幫助工程師更好地解決跨領域設計中的復雜問題 。比如，在設計一款高性能計算機時，通過 AI 技術可以實現(xiàn)芯片設計與 PCB 設計的協(xié)同優(yōu)化，確保芯片與電路板之間的信號傳輸更加穩(wěn)定高效，提高整個系統(tǒng)的性能。

此外，隨著 AI 技術的不斷發(fā)展和完善，未來的電子系統(tǒng)設計可能會實現(xiàn)更加高度的自動化和智能化。從最初的設計需求分析，到最終的設計方案生成，AI 系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶的需求和大量的設計數(shù)據(jù)，自動生成多種可行的設計方案，并通過實時分析和評估，為用戶提供最優(yōu)選擇 。這將進一步縮短設計周期，降低設計成本，提高設計質(zhì)量，為電子系統(tǒng)設計帶來全新的發(fā)展機遇。

審核編輯 黃宇